Морской гидрофизический журнал. 2021; 37: 460-472
Особенности течений на северо-западном шельфе Черного моря по результатам численного моделирования
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-4-460-472Аннотация
Цель. Цель работы – на основе результатов реанализа изучить особенности течений на северозападном шельфе Черного моря и проанализировать причины, вызывающие эти особенности.
Методы и результаты. Для анализа течений на северо-западном шельфе используются результаты выполненного авторами ранее физического реанализа полей Черного моря, а именно массивы гидродинамических полей на регулярной сетке продолжительностью 21 год (с 1992 по 2012 г.). Поверхностные течения на северо-западном шельфе Черного моря направлены в основном на юго-запад. Вдоль западного берега в течение всего года (за исключением летних месяцев, когда воздействие ветра ослабевает) образуется интенсивное компенсационное течение, направленное к югу. Воды возле западного берега сильно горизонтально стратифицированы, что вызвано поступлением пресной воды со стоками рек. В зимний сезон эта стратификация проявляется наиболее ярко, а летом горизонтальный градиент плотности уменьшается. Горизонтальная плотностная стратификация приводит к тому, что, начиная с глубины примерно 20 м, градиент давления меняет знак и появляется вдольбереговое струйное противотечение, направленное к северу.
Выводы. В результате проведенных исследований показано, что циркуляция вод на северо-западном шельфе Черного моря определяется главным образом следующими факторами: потоками воды через границу шельфа, обусловленными ветром; сильной горизонтальной стратификацией вод возле западного берега, вызванной стоком рек. В результате того, что течения на поверхности моря направлены в основном на юго-запад, у западного берега образуется компенсационное течение, направленное к югу. Вследствие сильной горизонтальной стратификации, вызванной стоком рек, в подповерхностном слое возле западного берега образуется противотечение, направленное к северу. При экстремально высоких потоках морской воды на шельф противотечение может отсутствовать.
Список литературы
1. Изменчивость гидрофизических полей Черного моря / [А. С. Блатов и др.] ; под ред. Б. А. Нелепо. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1984. 240 с.
2. Построение поля течений в Черном море на основе вихреразрешающей модели с ассимиляцией климатических полей температуры и солености / С. Г. Демышев [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : МГИ, 2007. Вып. 15. С. 215–226.
3. Modelling the Danube-influenced north-western continental shelf of the Black Sea. I: Hydrodynamical processes simulated by 3-D and box models / J. M. Beckers [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2002. Vol. 54, iss. 3. P. 453–472. doi:10.1006/ecss.2000.0658
4. Дорофеев В. Л., Сухих Л. И. Анализ изменчивости гидрофизических полей Черного моря в период 1993–2012 годов на основе результатов выполненного реанализа // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 1. С. 33–48. doi:10.22449/0233-7584-2016-1-33-48
5. Демышев С. Г., Коротаев Г. К. Численная энергосбалансированная модель бароклинных течений океана с неровным дном на сетке С // Численные модели и результаты калибровочных расчетов течений в Атлантическом океане. М. : ИВМ РАН, 1992. С. 163–231.
6. Суслин В. В., Чурилова Т. Я. Упрощенный метод расчета спектрального диффузного коэффициента ослабления света в верхнем слое Черного моря на основе спутниковых данных // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : МГИ, 2010. Вып. 22. С. 47–60.
7. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system / D. P. Dee [et al.] // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2011. Vol. 137, iss. 656. P. 553–597. doi:10.1002/qj.828
8. Дорофеев В. Л., Сухих Л. И. Исследование потоков компонентов морской экосистемы с северо-западного шельфа в глубоководную часть Черного моря // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 5. С. 501–513. doi:10.22449/0233-7584-2020-5-501-513
Morskoy Gidrofizicheskiy Zhurnal. 2021; 37: 460-472
Features of Currents on the Black Sea Northwestern Shelf Based on the Numerical Simulation Results
https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-4-460-472Abstract
Purpose. The work is aimed at studying the features of currents on the Black Sea northwestern shelf based of the reanalysis results, and at analyzing the reasons of these features.
Methods and Results. To analyze the currents on the northwestern shelf, applied were the results of physical reanalysis of the Black Sea fields performed by the authors earlier, namely, the arrays of hydrodynamic fields on a regular grid with the 21-year duration (1992–2012). Surface currents on the northwestern shelf of the Black Sea are directed mainly to the southwest. Throughout the whole year (except for the summer months when the wind effect weakens), an intensive compensatory current directed to the south is formed along the western coast. The waters near the western coast are highly horizontally stratified that is caused by fresh water inflowing with the river runoffs. In winter seasons, the stratification is most pronounced, whereas in summer, the horizontal density gradient decreases. The horizontal density stratification leads to the following: starting from the depth ~ 20 m, the pressure gradient changes its sign and the along-coastal jet countercurrent directed to the north, occurs.
Conclusions. The performed studies have shown that the water circulation on the Black Sea northwestern shelf is determined mainly by the following factors: the wind-induced water flows across the shelf boundary and strong horizontal water stratification near the western coast resulted from the river runoffs. As the currents on the sea surface are directed mainly to the southwest, the compensatory current directed to the south is formed near the western coast. Due to the strong horizontal stratification resulted from the river runoffs, a countercurrent directed to the north is formed in the subsurface layer near the western coast. In case the seawater flows to the shelf are extremely high, the countercurrent may be absent.
References
1. Izmenchivost' gidrofizicheskikh polei Chernogo morya / [A. S. Blatov i dr.] ; pod red. B. A. Nelepo. Leningrad : Gidrometeoizdat, 1984. 240 s.
2. Postroenie polya techenii v Chernom more na osnove vikhrerazreshayushchei modeli s assimilyatsiei klimaticheskikh polei temperatury i solenosti / S. G. Demyshev [i dr.] // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : MGI, 2007. Vyp. 15. S. 215–226.
3. Modelling the Danube-influenced north-western continental shelf of the Black Sea. I: Hydrodynamical processes simulated by 3-D and box models / J. M. Beckers [et al.] // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2002. Vol. 54, iss. 3. P. 453–472. doi:10.1006/ecss.2000.0658
4. Dorofeev V. L., Sukhikh L. I. Analiz izmenchivosti gidrofizicheskikh polei Chernogo morya v period 1993–2012 godov na osnove rezul'tatov vypolnennogo reanaliza // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2016. № 1. S. 33–48. doi:10.22449/0233-7584-2016-1-33-48
5. Demyshev S. G., Korotaev G. K. Chislennaya energosbalansirovannaya model' baroklinnykh techenii okeana s nerovnym dnom na setke S // Chislennye modeli i rezul'taty kalibrovochnykh raschetov techenii v Atlanticheskom okeane. M. : IVM RAN, 1992. S. 163–231.
6. Suslin V. V., Churilova T. Ya. Uproshchennyi metod rascheta spektral'nogo diffuznogo koeffitsienta oslableniya sveta v verkhnem sloe Chernogo morya na osnove sputnikovykh dannykh // Ekologicheskaya bezopasnost' pribrezhnoi i shel'fovoi zon i kompleksnoe ispol'zovanie resursov shel'fa. Sevastopol' : MGI, 2010. Vyp. 22. S. 47–60.
7. The ERA-Interim reanalysis: configuration and performance of the data assimilation system / D. P. Dee [et al.] // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2011. Vol. 137, iss. 656. P. 553–597. doi:10.1002/qj.828
8. Dorofeev V. L., Sukhikh L. I. Issledovanie potokov komponentov morskoi ekosistemy s severo-zapadnogo shel'fa v glubokovodnuyu chast' Chernogo morya // Morskoi gidrofizicheskii zhurnal. 2020. T. 36, № 5. S. 501–513. doi:10.22449/0233-7584-2020-5-501-513
